37Mn5的焊接性分析
1.1
37Mn5为常用的石油套管材料，标准参照美国石油学会标准API5A，钢级J55。通过计算37Mn5的碳当量来分析其焊接性。37Mn5的化学成分见附表。
选用国际焊接学会碳当量公式计算：
CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
CE＝0.69＞0.4
经计算碳当量超过0.4，材料焊接性较差。若要焊接，需要较高的预热温度和严格的工艺措施才能得到合格的焊接质量。
1.2
根据37Mn5合金元素含量对组织性能的影响分析其焊接性：
37Mn5为石油套管材料，常用钢级J55。本身碳含量较高，0.34%~0.39%，使钢的过冷奥氏体转变曲线向右移动，过冷奥氏体稳定性增高；加入合金元素Cr，Mn，Ni，Cu等合金元素，使钢的过冷奥氏体转变曲线进一步向右移动，更加增强了过冷奥氏体的稳定性，并且使Ms点（马氏体形成开始点）升高；这些影响都使37Mn5的淬硬倾向增大，焊接时较容易出现裂纹。
37Mn5冷裂倾向大，主要类型是淬硬脆化裂纹。因为其本身强度高，焊接热影响区的最高硬度值高及快冷，极易生成马氏体。焊接时宁可选用大的线能量，不应过分减小焊速，应适当增大焊接电流。为降低冷却速度，延长焊接接头从800~500℃的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，使热影响区最高硬度降低，需焊前预热，焊后回火。
37Mn5热裂倾向不大，因其导热系数不是很高，不易生成低熔共晶体；再热裂纹倾向也不大，因其不含强碳化物。37Mn5抗拉强度≥517
MPa，屈服强度379~522MPa，选用与其强度匹配的焊丝ER55-G，该焊丝焊接工艺性能优良，Ni含量较高，有很强的抗冷裂性能，熔敷金属具有优良的综合力学性能。
由于焊接37Mn5时，需要较大的热输入量, 母材及焊材强度值都较大，焊接时内应力极大,
焊接时需要边焊边锤击焊缝，焊后进行热处理消除内应力，避免因为应力过大导致焊后开裂。焊后热处理同时能改善焊接组织性能。
2 37Mn5的焊接工艺试验
根据上述37Mn5的焊接性分析，制定如下两种工艺方案：
（1）焊接方法的选择：80%Ar＋20%CO2气保焊。焊接材料的选择：焊丝选用ER55-G，直径Φ3.2mm。焊接参数：电流250~320A，电压26
~30V；焊接速度35~50cm/min；预热温度为100℃,
保证层间温度不低于预热温度，但也不允许高于预热温度30℃。焊后处理：空冷，不进行任何热处理。
（2）焊接方法的选择：80%Ar＋20%CO2气保焊。焊接材料的选择：焊丝选用ER55-G，直径Φ3.2mm。焊接参数：电流250~320A，电压26
~30V；焊接速度35~50cm/min；预热温度为100℃,
保证层间温度不低于预热温度，但也不允许高于预热温度30℃。焊后处理：回火处理，温度600±20℃，保温时间为4h；升温速率50℃/h,
降温速率50℃/h。
用上述两种焊接工艺焊接的试块，试验结果如下：
第（1）种方案得出的结果：拉伸试验，断母材，合格；热影响区3个试样的冲击值26，47，23，不合格；侧弯四个试样分别有3.75mm
的裂纹，4mm裂纹，1.38mm裂纹，0.89mm裂纹, 不合格；试验证明此种工艺方案不合理。
第（2）种方案得出的结果：拉伸试验，断母材，合格；热影响区3个试样的冲击值51，40，40，合格；侧弯四个试样全部完好，合格；试验证明此种工艺方案合理。焊后热处理能改善焊接组织性能，是37Mn5焊接能否得到满足技术要求的焊接接头的重要因素之一。
3 结束语
石油套管是维持油井运行的生命线，材料通常为37Mn5，标准API5A，钢级J55，长度随油井的深度长短不一，通常较长。为保证功能且方便运输，石油套管结构设计为单个管体与接箍进行螺纹连接后运输到油田，在现场首尾相接，达到长度要求后使用。为加固螺纹连接的强度及防松控制，接箍与管体螺纹连接后必须焊接。由于石油套管的使用环境恶劣，除对管体本身质量要求较高外，对焊接的质量要求也极其严格。通过上述焊接分析及试验，得出了能够满足要求的焊接工艺，这将为今后石油套管在焊接方向的发展提供极其重要的依据。
参考文献
[1] 金属学与热处理原理. 黑龙江:哈尔滨工业大学出版社.1998.1
[2] 焊接手册 第2版 材料的焊接. 北京: 机械工业出版社.2001.8
[3] 周振丰.焊接冶金学(金属焊接性).北京:机械工业出版社.1996.
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